Introduccion a las Redes Computacionales

Las Redes Computacionales.

Una visión General de las Redes Computacionales.

En algún lugar puede haber un campo de interés en el que el orden de presentación de los temas esté bien acordado. Las redes de computadoras no lo son.

Hay muchas interconexiones en el campo de la creación de redes, como en la mayoría de los campos técnicos, y es difícil encontrar un orden de presentación que no implique interminables "referencias hacia adelante" a capítulos futuros; esto es cierto incluso si, como se hace aquí, se sigue un orden en gran medida de abajo hacia arriba. Por lo tanto, he adoptado un enfoque diferente: este primer capítulo es un resumen de los elementos esenciales (LAN, IP y TCP) en general, y los capítulos posteriores amplían el material aquí.

Las redes de área local, o LAN, son las redes "físicas" que proporcionan la conexión entre máquinas dentro de, por ejemplo, un hogar, una escuela o una corporación. Las LAN son, como su nombre lo indica, "locales"; es la capa IP, o Protocolo de Internet, la que proporciona una abstracción para conectar múltiples LAN a, bueno, Internet. Finalmente, TCP se ocupa del transporte y las conexiones y, en realidad, del envío de datos de usuario.

Este capítulo también contiene otros materiales importantes. La sección sobre el reenvío de datagramas, central para la conmutación y el enrutamiento basados en paquetes, es esencial. Este capítulo también analiza los paquetes en general, la congestión y las ventanas deslizantes, pero esos temas se revisan en capítulos posteriores. Los firewalls y la traducción de direcciones de red también se tratan aquí y no en ninguna otra parte.
 

Capas

Estos tres temas, LAN, IP y TCP, a menudo se denominan capas; constituyen la capa de enlace, la capa de red Interna y la capa de transporte, respectivamente. Junto con la capa de aplicación (el software que utiliza), forman el "modelo de cuatro capas" para las redes. Una capa, en este contexto, corresponde fuertemente a la idea de una interfaz de programación o biblioteca, con el entendimiento de que una capa dada se comunica directamente solo con las dos capas inmediatamente por encima y por debajo de ella. Una aplicación entrega un fragmento de datos a la biblioteca TCP, que a su vez realiza llamadas a la biblioteca IP, que a su vez llama a la capa LAN para la entrega real. Una aplicación no interactúa directamente con las capas IP y LAN en absoluto.

La capa LAN está a cargo de la entrega real de paquetes, utilizando direcciones suministradas por la capa LAN. A menudo se subdivide conceptualmente en la " capa física "que se ocupa, por ejemplo, de los mecanismos de señalización analógicos eléctricos, ópticos o de radio involucrados, y por encima de eso, una capa LAN" lógica " abstracta que describe todas las operaciones digitales, es decir, no analógicas, en paquetes; consulte 2.1.4 La capa LAN. La capa física es generalmente de interés directo solo para aquellos que diseñan hardware de LAN; la interfaz de software del núcleo para la LAN corresponde a la capa lógica de LAN.
Modelo de cinco capas: Aplicación / Transporte / IP / LAN lógica / LAN física

Fig. 1: Modelo de red de cinco capas

Esta división física / lógica de LAN nos da el modelo de cinco capas de Internet. Esto es menos una jerarquía formal que un método de clasificación ad hoc. Volveremos a esto a continuación en 1.15 IETF y OSI, donde también presentaremos dos capas más bastante oscuras que completan el modelo de siete capas.
 

Velocidad de datos, Rendimiento y Ancho de banda

Cualquier conexión de red, por ejemplo, en la capa LAN, tiene una velocidad de datos: la velocidad a la que se transmiten los bits. En algunas redes LAN (por ejemplo, Wi-Fi), la velocidad de datos puede variar con el tiempo. El rendimiento se refiere a la velocidad de transmisión efectiva general, teniendo en cuenta aspectos como la sobrecarga de transmisión, las ineficiencias de protocolo y tal vez incluso el tráfico competitivo. Generalmente se mide a una capa de red más alta que la velocidad de datos.

El término ancho de banda se puede usar para referirse a cualquiera de estos, aunque aquí lo usamos principalmente como sinónimo de velocidad de datos. El término proviene de la transmisión de radio, donde el ancho de la banda de frecuencia disponible es proporcional, siendo todo lo demás igual, a la velocidad de datos que se puede lograr.

En las discusiones sobre TCP, el término rendimiento se usa a veces para referirse a lo que también podría denominarse "rendimiento de la capa de aplicación": la cantidad de datos utilizables entregados a la aplicación receptora. Específicamente, los datos retransmitidos se cuentan solo una vez cuando se calcula el rendimiento, pero podrían contarse dos veces bajo algunas interpretaciones de "rendimiento".

Las velocidades de transmisión de datos se miden generalmente en kilobits por segundo (kbps) o megabits por segundo (Mbps); el uso de la "b" minúscula aquí denota bits. En el contexto de las velocidades de datos, un kilobit es de 103 bits (no de 210) y un megabit es de 106 bits. De manera algo inconsistente, seguimos la tradición de usar kB y MB para denotar volúmenes de datos de 210 y 220 bytes respectivamente, con la B mayúscula denotando bytes. Las nuevas abreviaturas KiB y MiB serían más precisas, pero las consecuencias de la confusión son modestas.
 

Paquetes

Los paquetes son memorias intermedias de datos de tamaño modesto, transmitidas como una unidad a través de algún conjunto compartido de enlaces. Por necesidad, los paquetes necesitan estar prefijados con una cabecera que contenga información de entrega. En el caso común conocido como reenvío de datagramas, la cabecera contiene una dirección de destino; las cabeceras en redes que usan el denominado reenvío de circuito virtual contienen en su lugar un identificador para la conexión. Casi todas las redes de hoy en día (y durante los últimos 50 años) se basan en paquetes, aunque más adelante veremos brevemente algunas opciones de "conmutación de circuitos" para la telefonía de voz.
paquetes con una y con dos cabeceras
 

                                                    Fig. 2: Paquetes con encabezados

En la capa LAN, los paquetes se pueden ver como la imposición de una estructura de búfer (y direccionamiento) en la parte superior de las líneas en serie de bajo nivel; las capas adicionales imponen una estructura adicional. De manera informal, los paquetes a menudo se denominan tramas en la capa de LAN y segmentos en la capa de transporte.

El tamaño máximo de paquete soportado por una LAN dada (por ejemplo, Ethernet, Token Ring o ATM) es un atributo intrínseco de esa LAN. Ethernet permite un máximo de 1500 bytes de datos. En comparación, los paquetes TCP/IP originalmente a menudo contenían solo 512 bytes de datos, mientras que los primeros paquetes de Token Ring podían contener hasta 4 kB de datos. Si bien hay defensores de tamaños de paquete muy grandes, mayores incluso de 64 kB, en el otro extremo el protocolo ATM (Modo de Transferencia Asíncrona) utiliza 48 bytes de datos por paquete, y hay buenas razones para creer en tamaños de paquete modestos.

Un problema potencial es cómo reenviar paquetes desde una LAN de paquetes grandes a (o a través de) una LAN de paquetes pequeños; en capítulos posteriores veremos cómo la capa IP (o Protocolo de Internet) aborda esto.

En general, cada capa añade su propia cabecera. Las cabeceras Ethernet son típicamente de 14 bytes, las cabeceras IP de 20 bytes y las cabeceras TCP de 20 bytes. Si una conexión TCP envía 512 bytes de datos por paquete, entonces los encabezados ascienden al 10% del total, una sobrecarga no irrazonable. Para una opción común de voz sobre IP, los paquetes contienen 160 bytes de datos y 54 bytes de encabezados, lo que hace que el encabezado sea aproximadamente el 25% del total. Sin embargo, la compresión de los 160 bytes de audio puede reducir la porción de datos a 20 bytes, lo que significa que los encabezados ahora representan el 73% del total;

En las redes de reenvío de datagramas, la cabecera apropiada contendrá la dirección del destino y quizás otra información de entrega. Los nodos internos de la red, llamados enrutadores o conmutadores, intentarán garantizar que el paquete se entregue al destino solicitado.